5. Процессы в синхронной машине при холостом ходе
При холостом ходе ток в обмотке якоря равен нулю. Обмотка возбуждения с током If образует магнитное поле возбуждения, МДС которого равна:
Ff= If Wf
Вследствие нелинейности магнитной характеристики возникают высшие гармоники МДС поля возбуждения. Поэтому принимаются меры по улучшению формы поля возбуждения, чтобы уменьшить содержание высших гармонических, поскольку высшие гармонические, не принимая участия в процессе преобразования энергии, вызывают добавочные потери. Улучшение формы поля возбуждения в явнополюсных машинах достигается выбором благоприятного соотношения между максимальным и минимальным зазором под полюсом, в неявнополюсных — выбором благоприятной относительной длины обмотанной части полюсного деления.
При воздействии поля возбуждения обмотке якоря индуктируется ЭДС Ef , которая содержит высшие гармоники. Искажение синусоидальности приводит к появлению добавочных потерь от высших гармонических. Поэтому ЭДС синхронных генераторов должны быть как можно ближе к синусоидальным.
Уменьшение содержания высших гармонических в кривой ЭДС достигается за счет укорочения шага обмотки якоря, размещения ее катушек в достаточно большом числе пазов, а также соединения фаз обмотки в звезду или треугольник.
В возбужденной машине при холостом ходе возникают механические потери на трение вращающихся частей Pмех, магнитные потери в стали магнитопровода якоря Pст и некоторые добавочные электромагнитные потери Pд.х. Двигатель, приводящий синхронную машину во вращение, должен развивать мощность, равную сумме этих потерь
Pп.д= Pмех+Pст+ Pд.х.
и составляющую 0,3—3 % полной мощности машины.
7. Магнитное поле возбуждения синхронной машины
Форма
поля возбуждения характеризуется
системой коэффициентов kf,
kФ,
,
kВ,
зависящих от соотношения размеров в
пределах полюсного деления.
Коэффициент формы поля возбуждения равен отношению основной гармоники индукции к амплитуде радиальной составляющей индукции на поверхности сердечника статора:
.
Коэффициент потока возбуждения равен отношению полного потока взаимной индукции к потоку взаимной индукции, определенному по первой гармонике индукции:
где
Расчетный
коэффициент полюсного перекрытия
равен
отношению средней индукции к амплитуде
радиальной составляющей индукции на
поверхности
сердечника статора:
Коэффициент
формы ЭДС
равен
отношению действующего значения основной
гармоники индукции к средней индукции
в зазоре:
В явнополюсной машине коэффициенты поля зависят от соотношения размеров активной зоны. Влияние зубчатости сердечников и насыщение зубцов и ярма статора учитывается введением эквивалентного зазора на оси полюса.
Для неявнополюсной машины
;
;
;
где γ – коэффициент заполнения окружности ротора обмоткой возбуждения